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1、 . . . . . . . 摘 要 空压机二段空冷器设计属于常规压力容器设计。空冷器由筒体、封头、管箱、 折流板、传热管、拉杆、法兰等结构组成。 本论文主要包括了换热器以及空冷器的概述，工艺计算，结构计算以及零件 设计四部分。概述部分主要包括了换热器的概念及分类，空冷器的概念及优点以 及空压机二段空冷器的作用；工艺计算部分主要包括了传热量的计算以及换热管、 折流板等基本机构的参数的选择和换热管的排列方式的选择；结构计算部分主要 包括了筒体和封头壁厚计算，水压试验校核以及开孔补强计算；零件设计部分中 主要包括了是否设置膨胀节，法兰、垫片的选取，拉杆、弓形折流板的参数确定 以及鞍式支座的选择和校
2、核。 设计计算说明书所得数据是为了绘制图纸提供尺寸依据，随着计算机技术的 不断发展，计算机绘图已经取代手工绘图，所以在下一步的计算机绘图中可选用 说明书中的相关数据。 关键词：空冷器，结构计算，鞍座，校核 . . . . . . . AbstractAbstract Air cooler design belongs to the conventional design of heat exchanger. Heat exchanger consists of cylinder, head, control boxes, baffles, heat transfer tube, rod, fl
3、anges and so on. The paper includes four parts, they are the overview of the heat exchanger, process calculations, structure calculations, and parts design. The overview includes the major concepts and classification of heat exchangers, the concept and benefits of air cooler, and the function of the
4、 second stage air cooler of the air compressor; Process calculation includes the calculation of heat transfer, and the parameter selection of tubes, baffles and other basic structures; Structure calculation includes the thickness calculation of cylinder and head, pressure test and opening reinforcem
5、ent calculation; Parts design includes the choice and verification of the expansion joint, flanges, levers, baffles and saddle supports. The data of design calculations is available in drawing. With the continuous development of computer technology, computer graphics has replaced hand drawing, so th
6、e data in this paper can be used in computer graphics. . . . . . . . KeyKey words:words: air cooler, structure calculation, saddle support，checking . . . . . . . 目 录 1 概述 .1 1.1 换热器概述.1 1.2 空冷器概述 .4 1.3 空压机二段空冷器 .7 2 工艺计算 .9 2.1 原始数据.9 2.2 工艺设计计算 .9 2.2.1 有效平均温差.9 2.2.2 计算换热量 .9 2.2.3 该换热器的基本机构参数选择
7、.10 3 结构计算 .11 3.1 筒体壁厚计算.11 3.2 封头壁厚计算.12 3.3 开孔补强计算 .14 . . . . . . . 4 零件设计 .22 4.1 膨胀节.22 4.2 垫片的选取 .24 4.3 法兰的选择 .24 4.4 折流板 .26 4.5 拉杆 .28 4.6 鞍座设计 .29 4.6.1 鞍座结构.29 4.6.2 鞍座选择.30 4.6.3 确定鞍座位置.30 4.6.4 载荷和强度校核.31 结 论 .34 辞 .35 参考文献 .36 . . . . . . . 1 概述 1.1 换热器概述 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器
8、。 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽 器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力 和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度， 同时也是提高能源利用率的主要设备之一1。 换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一 工艺设备的组成部分，如氨合成塔的热交换器。 由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且 传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形 成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较 好，长期以来在工业
9、生产中成为一种典型的换热器。 二十世纪 20 年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换 热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30 年代初，瑞典首次 制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅 式换热器，用于飞机发动机的散热。30 年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热 器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型 材料制成的换热器开始注意。 60 年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧 凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进 . . . . . . . 一
10、步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自 60 年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热 器也得到了进一步的发展。70 年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基 础上又创制出热管式换热器。 换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类2。 混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器， 又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、 液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷 淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷 空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密 度差得以及时分离。 蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从 而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用 于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于 空气分离装置中。 间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换 热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式 换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、
